Teknolojinin ilerlemesine bağlı olarak, günlük hayatta kullanılan ürünler sürekli olarak geliştirilmektedir. Ürünlerin daha hafif, daha esnek ancak dayanıklı olması istenmektedir. Metal, seramik ya da polimer gibi geleneksel malzemelerin tek başına kullanılması, bu isteklerin gerçekleştirilmesinde yetersiz kalabilir. İstenen gereksinimlerin yerine getirilmesi için ise kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Peki kompozit malzeme nedir?
İçindekiler
Kompozit Malzeme Nedir?
Kompozit malzemeler, farklı özelliklere sahip, iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile oluşturulmaktadır. Kompozit malzemeler, yapısında bulunan malzemelere göre yeni ve özgün özellikler edinir. Ancak kompozitte bulunan malzemeler çözünmez, tepkimeye girmez ve birbirlerine karışmaz. Doğru malzemeler seçilerek; hafif, esnek, sağlam, iletkenliği yüksek, yüksek sıcaklığa dayanıklı kompozitler üretmek mümkündür.
Kompozit Malzemelerin Yapısı
Halihazırda kullanılan kompozitlerin çoğu iki malzemeden oluşmaktadır. Bu malzemelerden biri kalıp (matris malzeme) görevini üstlenirken, diğer malzeme destekleyici (takviye malzeme) görevini üstlenmektedir. Matris malzeme, lif ya da küçük parçalar halinde bulunan takviye malzemenin etrafını sarar ve bir arada tutar. Matris malzeme esnek ve yumuşak bir yapıya sahiptir. Takviye malzeme ise genellikle basınca dayanıklı olacak şekilde seçilir. Farklı özelliklere sahip iki malzemenin birleştirilmesiyle birlikte hem esnek hem de dayanıklı bir kompozit üretmek mümkündür. Kompozit malzemeler sadece mekaniksel uygulamalarda kullanılmaz. Kullanılacağı uygulamaya göre işlevsel kompozitler üretmek de mümkündür
Güç ve Dayanıklılık Kazanımı
Önemi yeni anlaşılsa da insanlar, bin yıllardan beri kompozit malzemeleri kullanmaktadırlar. Örnek olarak, kalıp halindeki kuru çamur ezilmeye ya da sıkıştırılmaya karşı dayanıklıdır. Ancak bükülme ya da gerilme durumunda kolay bir şekilde parçalanır. Öte yandan bir parça saman gerilmeye karşı oldukça dayanıklıyken, ezilmeye karşı oldukça dayanıksızdır. Kuru çamurun ve samanın birleştirilmesiyle elde edilen kalıp ise; ezilme, sıkıştırılma, gerilme gibi durumların hepsine dayanıklı hale gelir. Eski çağlarda yaşayan insanlar bunu deneme yanılma yoluyla keşfetmişlerdi. Günümüzde ise, kuru çamur ve saman birleşiminden elde edilen kompozit malzemenin, hem basınç dayanımı hem de gerilme direnci özelliklerini gösterdiği bilinmektedir.
Grafen ile bakırın birleşiminden elde edilen kompozit, bakırın tek başına sağladığı dayanımdan 500 kat daha fazla dayanım sunmaktadır. Benzer şekilde grafen–nikel kompoziti, nikelin tek başına sağladığı dayanımdan 180 kat daha fazla dayanım sunmaktadır.
Gündelik hayatta en çok kullanılan kompozitlerden birisi cam elyafıdır (fiberglass). Cam elyafı, üretilen kompozitlerin %65’ini oluşturmaktadır. Cam elyafında matris malzeme plastik, takviye malzeme ise camdır. Cam, basınca karşı oldukça dayanıklı bir malzemedir. Ancak, kırılgan bir yapıya sahip olmasıyla birlikte bükülme durumunda kolayca kırılabilir. Plastik kalıp, cam parçalarını bir arada tutma ve basıncı eşit biçimde dağıtma işlevini üstlenir. Cam elyafı üretilirken birden fazla yol izlenebilir. Takviye malzeme olarak kullanılacak cam, küçük parçalar haline getirilip bir hasır gibi örülebilir. Bazı durumlarda ise küçük cam parçaları, plastik kalıp içerisine rastgele yerleştirilebilir. Plastiğin esnekliği ve camın dayanımı kullanılarak üretilen cam elyafı, hafif ve diğer kompozitlere göre uygun fiyatlı olması nedeniyle sıklıkla tercih edilmektedir.
İşlev Kazanımı
Günümüzde birçok kompozit, basit güç dayanımı dışındaki işlevler için üretilmektedir. Özel uygulamalarda kullanılmak üzere; iletken özelliği yüksek, ısıya karşı yüksek yalıtım sağlayan ya da belirli bir manyetizmaya sahip olan kompozitler üretilmektedir. Bu tür kompozitler; transistör, diyot, sensör, transdüser, güneş hücresi gibi eletrik–elektronik elemanlarında, ayrıca anti-korozif ve anti-statik yüzey kaplamalarında kullanılmaktadır.
Metal oksitlerden üretilen kompozitlerin sahip olduğu elektriksel özellikler kullanılarak, daha küçük silikon temelli yongalar üretmek mümkündür. Silikon temelli yongalar, bilgisayarlar başta olmak üzere birçok elektronik cihazda kullanılmaktadır. Bilgisayarlarda birim alan başına düşen yonga sayısının artması, bellek kapasitesinin ve hızın artmasında olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte metal oksit kompozitler, elektrik kablolarının yüksek sıcaklıkta süperiletken özellik göstermesi için kullanılmaktadır.
Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları ve Avantajları
Kompozit malzemelerin en büyük avantajı, hafiflikle birleşen dayanım ve güçtür. Sivil ve askeri havacılık, kompozitlerin en sık kullanıldığı alandır. Askeri havacılık sektörünün güçlü ve hafif malzemelere ihtiyaç duyması, kompozit malzeme alanındaki çalışmaların artmasını sağlamıştır. Kompozitler olmasaydı büyük ya da verimli hava araçları üretmek mümkün olmayabilirdi. Günümüzde birçok hava aracının; kanat ve kuyruk bölümleri, pervaneler, rotor bıçakları ve bağlantı parçaları gelişmiş kompozitlerden oluşmaktadır. Bununla birlikte bazı küçük uçakların gövdeleri tamamen kompozit malzemelerden üretilmiştir.
Doğru kompozit seçilerek ısıya ve korozyona karşı da dayanım sağlanabilmektedir. Bu özellikler sayesinde kompozitler; kimyasal ekipmanlar ve uzay araçları gibi aşırı koşullarda kullanılan araç ve ekipmanlarda kullanılabilmektedir.
Kompozit malzemelerin bir diğer avantajı ise, tasarım esnekliği sağlamasıdır. Kompozitler kullanılacağı yere göre değişik ve karmaşık şekillerde dizayn edilebilir. Bu özellikler sayesinde kompozitler, sörf tahtalarında ya da tekne gövdelerinde sıklıkla kullanılmaktadır.
Doğada da kompozit malzemelere rastlamak mümkündür. Bir odun parçası doğadaki kompozitlere örnek olarak gösterilebilir. Odun içerisinde bulunan selüloz lifleri, lignin adı verilen çok daha güçsüz bir madde tarafından birlikte tutulmaktadır. Selüloz pamukta ve ketende de bulunur ancak bir odun parçasını, pamuk ya da ketene kıyasla çok daha sağlam yapan unsur, ligninin bağlayıcı gücüdür.
Kompozitlerin kullanımındaki en büyük dezavantaj ise maliyettir. Kompozit malzemelerin kullanılmasıyla birlikte üretim süreci genellikle daha verimli olsa da, hammadelerin maliyeti oldukça yüksektir. Yakın gelecekte kompozitlerin, çelik gibi geleneksel malzemelerin yerini alması mümkün görülmemektedir. Ancak, bu alandaki teknolojik çalışmaların artmasıyla ve her geçen gün yeni kompozitlerin üretilmesiyle birlikte, kompozit malzemeler birçok uygulama için ihtiyacı karşılamaktadır.
